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骨折愈合中应力的作用
摘要：骨折愈合本质上是高度复杂的再生过程，随着生物力学的飞速发展，目前已普遍认识到应力因素在愈合过程中的重要而复杂的影响作用。所以某些未完全消除骨折断端活动的固定方法可以产生愈合，而另一些方法仅留有很少的间隙却不能耐受显微镜下的移位。本文回顾近年来对应力影响骨折愈合的机制及固定术中应力作用的研究成果。
关键词：骨折，愈合 应力 骨折固定术
骨折愈合过程一个复杂的生物学进程，包括多能干细胞的分化、软骨内钙化和骨重建等生物学反应。由于骨组织对应力刺激有良好的适应性，生物力学研究已证实，骨折处的力学条件对骨折的愈合起调控作用。根据这一基本原理，一些学者又对骨折的制动方法作出了种种评价和改进，对骨科医生的临床治疗有指导意义。
1、骨折愈合的过程
1．1愈合的基本形式
生物力学研究已明确，人类骨折愈合存在两种基本形式：（1）直接愈合（接触愈合），（2）间接愈合（自发愈合）[1]。前者发生在严格刚性固定的条件下，在骨折位点发生直接的骨重建，接触面的哈佛氏系统内塑形，其X线及组织切片显示骨折区域既无特异的骨痂生成也无相应的骨膜生成，无骨折端表面的吸收。这类愈合方式不多见，也不能迅速愈合。后者发生在骨折断端缺乏刚性固定的条件下，包含两个骨化过程：首先，纤维细胞和内、外骨膜下的骨原细胞增殖，形成纤维连接骨痂，纤维组织以膜内骨化方式在骨折端形成骨桥连接；然后，骨折处血肿机化，形成肉芽组织、纤维组织，纤维软骨变为透明软骨，再以软骨内骨化的方式形成编织骨和板层骨，使骨折端骨性连接[2]。间接愈合是骨折愈合过程的主要形式，也是本文将要重点讨论的一般意义上的骨折愈合过程，力学环境对其中有关的连接组织的材料形态和结构强度的维持、修复和再生起关键作用。为便于研究又分三个阶段：（1）多能组织快速增生，分化为软骨、骨和纤维组织，从而形成骨痂，并受生长分化因子、化学因子（如局部氧分压）和应力因素的强烈影响；（2）在未受机械作用的组织中发生原始的骨化形式，而软骨内骨化却很受机械应力影响，间歇的流体静力学压应力会减慢甚至停止软骨内骨化作用，而间歇的多向剪应力能促进其发展。（3）二期愈合之后的膜内、软骨内骨重建的过程，在骨发育和功能形成期间受外力调控[3]。
1． 2骨折修复组织的力学特性
目前已经测量了愈合骨随时间改变的机械特性并得到了生物力学愈合曲线。在愈合早期，骨的硬度和强度依赖于在骨折骨痂及其空间分布中修复组织的“硬”和“软”的相对比率，即编纵骨、层状骨与未矿化的类骨质组织及软骨的相对比率，愈合曲线的形状受到成骨的两个共存通路的影响：编织骨形成并重建为板层骨的直接通路和软骨形成并转变为编织骨的间接通路。曲线先表现为硬度和强度随时间短暂的大幅度增加期，然后是一个接近平高线的缓慢增加期[4]。最初的连接组织的材料特性可以描述为非线性超弹性。所有其他类型的组织则是线性弹性性质。三个愈合阶段均可以用非线性几何计算。整个骨的对合发生在骨表面，在有限元分析的计算中，主要集中于沿着硬表面分布的局部组织的张力和静态压力分布[5]。
2、骨折愈合中应力的作用
若血供足够，骨折愈合过程主要决定于生物力学条件，后者则包括施加的负载和固定的稳定性。
2．1应力影响成骨方式
骨折愈合中的新骨形成主要沿现]存骨或钙化组织的前缘进行，成骨方式依赖于局部的应变和应力值的范围。Claes等[6]，在其骨折愈合模型的生物力学试验中发现，膜内成骨仅发生于低应变和低流体静压力处，这种力学环境能促进成骨细胞的活化和增殖。高于0.2Mpa的流体静压对骨细胞不利，但对软骨细胞无害。在骨髓生长板，软骨内骨化在0.25-1.0Mpa下发生。上升为定量的组织分化理论：膜内面骨发生于表面应变<±5%，流体静压<±0.15Mpa的区域，愈合第一阶段发生于距骨折沟一定距离的骨外膜处，第二、三阶段位于骨外膜骨痂的周围部分和骨皮质沟近外膜的楔形部分；软骨内成骨发生于表面应变<±15%，流体静压力负值>-0.15Mpa的区域，骨愈合第一阶段不存在这种区域，二、三阶段则位于骨外膜骨痂靠近骨干的部分；其它力学条件下则形成结缔组织和纤维软骨。
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作者:admin@医学,生命科学 2011-01-15 17:15
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